粉末环境样品Α放射性核素的测量方法及测量装置.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 104035120 A (43)申请公布日 2014.09.10 CN 104035120 A (21)申请号 201410310543.3 (22)申请日 2014.07.02 G01T 1/178(2006.01) G01T 1/36(2006.01) (71)申请人 成都理工大学 地址 610059 四川省成都市成华区二仙桥东 三路 1 号 (72)发明人 林业 方方 汪栋 陈伟 王冬 于松科 (54) 发明名称 粉末环境样品 放射性核素的测量方法及 测量装置 (57) 摘要 本发明公开了一种粉末环境样品 放射性 核素的测量方法及测量装置。该装置包括 ： 测量 。

2、室、 铅室、 供气系统、 高压源、 前置放大器、 数据处 理模块、 计算机。它利用圆柱形多丝正比管对 粒子测量时对入射粒子的粒子轨迹及初始电离位 置不敏感的特性， 采用水平排列的圆柱形多丝正 比管设计装置探测室， 克服了 能谱测量中金硅 面垒探测器不能直接测量粉末样品的缺点。具有 对粉末环境样品 放射性核素的活度探测效率 高， 能量分辨率好等优点。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 (10)申请公布号 CN 104035120 A CN 104035120 。

3、A 1/1 页 2 1. 粉末环境样品 放射性核素的测量方法及测量装置， 其特征在于 ： 所述的测量装置 结构包括测量室 （12） 、 铅室 （13） 、 供气系统 （14） 、 高压源 （15） 、 前置放大器 （16） 、 数据处理 模块 （17） 、 计算机 （18） ； 其连接关系是 ： 测量室置于铅室 （13） 中， 供气系统 （14） 通过软管与 测量室 （12） 相连 ； 高压源 （15） 与测量室 （12） 内部相连 ； 前置放大器 （16） 通过屏蔽线与测 量室 （12） 内部相连接 ； 前置放大器 （16） 通过屏蔽线与数据处理模块 （17） 相连 ； 数据处理 模块 （1。

4、6） 通过串口线和计算机 （18） 相连。 2. 根据权利要求 1 所述的粉末环境样品 放射性核素的测量方法及测量装置， 其特 征在于 ： 所述的测量室的结构包括 ： 网状圆柱形室 （1） 、 样品隔膜 （2） 、 送样抽屉 （3） 、 样品盒 （4） 、 进气口 （5） 、 出气口 （6） 、 室外壳 （7） ； 送样抽屉 （3） 位于室的下部， 样品盒 （4） 置于送样 抽屉 （3） 上 ； 三个网状圆柱形室 （1） 水平排列， 位于样品盒的上部。 3. 根据权利要求 2 所述的网状圆柱形室， 其特征在于 ： 所述的网状圆柱形室的结构 包括 ： 阳极丝 （8） 、 圆柱形阴极外壳 （9） 。

5、、 阳极丝支柱 （10） 、 陶瓷管 （11） 组成 ； 阴极的柱面 为不锈钢丝组成的网状结构， 网状结构允许工作气体扩散进栅极内部， 粒子可透射过 阴极柱面被阳极丝收集 ； 阳极丝 （8） 为镀金钨丝或者不锈钢丝， 阳极丝直径的取值范围为 10m50m ； 圆柱形阴极外壳 （9） 通过导线和室外壳 （7） 相连。 4. 根据权利要求 1 所述的粉末环境样品 放射性核素的测量方法及测量装置， 其特 征在于 ： 所述的供气系统给测量室提供工作气体， 工作气体成分为90%氩气和10%甲烷的混 合气体。 5. 根据权利要求 1 所述的粉末环境样品 放射性核素的测量方法及测量装置， 其特 征在于 ： 。

6、所述的高压源正极和网状圆柱形室 （1） 的阳极丝 （8） 相连， 高压源负极和圆柱形阴 极外壳 （9） 相连接， 高压源提供阳极和阴极间的偏置高压。 6. 根据权利要求 1 所述的粉末环境样品 放射性核素的测量方法及测量装置， 其特 征在于 ： 所述的前置放大器 （16） 和阳极丝 （8） 相连接。 7. 根据权利要求 3 所述的测量室， 其特征在于 ： 所述的样品隔膜 （2） 为迈拉 （Mylar） 材 料， 隔膜厚度的取值范围为 80g/cm2300g/cm2； 隔膜 （2） 将网状圆柱形室 （1） 和样品盒 （4） 隔离， 防止网状圆柱形室 （1） 被粉末环境样品污染。 权 利 要 求 。

7、书 CN 104035120 A 2 1/4 页 3 粉末环境样品 放射性核素的测量方法及测量装置 技术领域 0001 本发明属于核仪器研制与核辐射测量技术领域， 具体涉及一种粉末环境样品 放射性核素的测量方法及测量装置 ； 它采用一种新型的多丝正比室构成的测量室作为装置 的探测器， 具有对粉末环境样品 的活度探测效率高， 能量分辨率好等优点。 背景技术 0002 环境样品包括环境中的土壤， 水， 空气和生物等。对环境样品的 放射性核素含 量测量常用的方法是测量环境样品的 粒子放射性总活度。环境样品中通常包含一种以 上的放射性核素。要确定某种特定的 放射性核素的含量， 还需要对样品进行 能谱测。

8、 量以甄别核素以排除其它核素的干扰。 0003 目前环境样品 能谱测量常用装置是金硅面垒半导体探测器。金硅面垒型半导 体 谱仪具有能量分辨率高、 能量线性范围宽等优点。但金硅面垒半导体探测器面积无法 做得很大， 且价格贵， 结构复杂。装置在测量时必须进行抽真空操作， 只能测量经过化学和 电沉积处理的薄源， 不能对粉末状的环境样品直接测量。 0004 对粉末环境样品中 粒子放射性总活度测定的常用方法是使用流气式多丝正比 计数器构建的低本底 测量系统。流气式多丝正比计数器对于电沉积法制成的平面源的 粒子表面发射率有很高的探测效率， 但传统多丝室对粒子能量分辨率低， 不能满足 能谱测量要求。 000。

9、5 气体探测器工作在气体电离饱和区的脉冲电离室适用于 粒子等重带电粒子的 能谱测量。电离室测量 粒子的入射能量越大， 在电离室中引发的工作气体电离越多， 输 出脉冲幅度越大。脉冲幅度还容易受到入射粒子轨迹及初始电离位置的影响。有两种脉 冲型电离室能测量到很好的能谱， 屏栅电离室和圆柱形电离室 （参见 William, J, Price. Nuclear Radiation Detection M. New York: McGraw-Hill lnc, 1964. 70-115） 。屏栅电 离室能够得到较好的能量分辨率， 但对源活度探测效率较偏低 （参见刘玉莲 , 杨大亭等 . 300cm_2 。

10、平行板 屏栅电离室的研制 J. 辐射防护 , 1988, 8(3): 173-193） 。圆柱形电 离室由于其金属外壁对 粒子的阻挡， 不适合直接测量 核素的能谱。 发明内容 0006 本发明要解决的技术问题是提供了一种可对粉末环境样品 放射性核素测量的 装置和测量方法， 主要用于对 放射性核素活度和能谱进行测量。 0007 本发明的技术解决原理如下。 0008 本发明对放射性核素的测量所依据的原理是圆柱形多丝正比管对粒子测量 时对入射粒子的粒子轨迹及初始电离位置不敏感， 适用于测量粒子的能谱。 0009 本发明采用的网状圆柱形室外壁为网状结构， 对入射 粒子有很好的透明性， 粒子不易被外壁阻。

11、挡。 同时网状圆柱形室置于测量室中， 工作时测量室充满工作气体， 气体 持续扩散到网状圆柱形室中， 保证了网状圆柱形室的工作气体供应。 说 明 书 CN 104035120 A 3 2/4 页 4 0010 本发明采用的网状圆柱形室的网状柱形外壁和位于中心位置的阳极丝构成的电 场和通用圆柱形多丝正比管相似， 对入射粒子的粒子轨迹及初始电离位置不敏感。 0011 本发明的技术解决方案如下。 0012 本发明提供的粉末环境样品 放射性核素的测量方法及测量装置， 其特征在于 ： 所述的测量装置结构包括测量室、 铅室、 供气系统、 高压源、 前置放大器、 数据处理模块、 计 算机 ； 其连接关系是 ：。

12、 测量室置于铅室中， 供气系统通过软管与测量室相连 ； 高压源与测量 室内部相连 ； 前置放大器通过屏蔽线与测量室内部相连接 ； 前置放大器通过屏蔽线与数据 处理模块相连 ； 数据处理模块通过串口线和计算机相连。 0013 本发明提供的粉末环境样品 放射性核素的测量方法及测量装置， 其特征在于 ： 所述的测量室的结构包括 ： 网状圆柱形室、 样品隔膜、 送样抽屉、 样品盒、 进气口、 出气口、 室 外壳、 送样抽屉位于室的下部， 样品盒置于送样抽屉上 ； 三个网状圆柱形室水平排列， 位于 样品盒的上部。 0014 本发明提供的网状圆柱形室， 其特征在于 ： 所述的网状圆柱形室的结构包括 ： 阳。

13、 极丝、 圆柱形阴极外壳、 阳极丝支柱、 陶瓷管组成 ； 阴极的柱面为不锈钢丝组成的网状结构， 网状结构允许工作气体扩散进栅极内部， 粒子可透射过阴极柱面被阳极丝收集 ； 阳极丝 为镀金钨丝或者不锈钢丝， 阳极丝直径的取值范围为 10m50m ； 圆柱形阴极外壳通过 导线和室外壳相连。 0015 本发明提供的粉末环境样品 放射性核素的测量方法及测量装置， 其特征在于 ： 所述的供气系统给测量室提供工作气体， 工作气体成分为90%氩气和10%甲烷的混合气体。 0016 本发明提供的粉末环境样品 放射性核素的测量方法及测量装置， 其特征在于 ： 所述的高压源正极和网状圆柱形室的阳极丝相连， 高压源。

14、负极和圆柱形阴极外壳相连接， 高压源提供阳极和阴极间的偏置高压。 0017 本发明提供的粉末环境样品 放射性核素的测量方法及测量装置， 其特征在于 ： 所述的前置放大器和阳极丝相连接。 0018 本发明提供的测量室， 其特征在于 ： 所述的样品隔膜为迈拉 （Mylar） 材料， 隔膜厚 度的取值范围为 80g/cm2300g/cm2。隔膜将网状圆柱形室和样品盒隔离， 防止网状圆 柱形室被粉末环境样品污染。 0019 本发明具有以下优点 ： 1. 装置探测器采用核辐射探测器中的气体探测器中的多丝正比室结构， 水平排列的网 状圆柱形室构成很大的探测面积， 对样品的 放射性核素的活度有由很高的探测效。

15、率 ； 2. 装置采用网状圆柱形室结构， 对样品的 放射性粒子有很好的能量分辨率 ； 3. 装置可以直接对粉末状的环境样品进行测量， 不需要再制作成电沉积源， 从而大大 简化了测样过程。 附图说明 0020 本发明将通过例子并参照附图的方式说明， 其中。 0021 图 1 为本装置测量室结构示意图。 0022 图 2 为网状圆柱形正比计数管结构示意图。 0023 图 3 为粉末环境样品 粒子测量装置总系统组成框图。 说 明 书 CN 104035120 A 4 3/4 页 5 0024 图 4 为对于不同尺寸的圆筒形电离室的， 脉冲幅度与入射粒子初始电离位置的关 系图。 0025 其中，（1）。

16、 网状圆柱形室，（2） 样品隔膜，（3） 送样抽屉，（4） 样品盒，（5） 进气口， （6） 出气口，（7） 测量室外壳，（8） 阳极丝，（9） 阴极外壳，（10） 阳极丝支柱，（11） 陶瓷管， （12） 测量室，（13） 铅室，（14） 供气系统，（15） 高压源，（16） 前置放大器，（17） 数据处理模 块，（18） 计算机。 具体实施方式 0026 下面结合附图和具体实施方案对本发明做进一步说明。 0027 图 1 为测量室结构示意图。测量室结构包括 ：（1） 网状圆柱形室，（2） 样品隔膜， （3） 送样抽屉，（4） 样品盒，（5） 进气口，（6） 出气口，（7） 测量室外壳。送样。

17、抽屉位于室的下 部， 样品盒置于送样抽屉上。三个网状圆柱形室水平排列， 位于样品盒的上部。 0028 在测量室中的工作气体可以是氩甲烷气体， 由 90% 的氩气和 10% 的甲烷混合气体 构成。氩气作为反应气体， 主要的作用是和 粒子作用后产生电离放电。甲烷作为猝灭气 体， 主要的作用是有效的吸收雪崩效应中产生的光子， 强烈的抑制放电现象。 0029 测量室外壳采用的是不锈钢材料， 包裹在测量室的外面， 其主要作用一是形成密 封的气室。二是不锈钢外壳接大地后， 为测量室提供很好的电磁屏蔽作用。 0030 网状圆柱形室成水平排列， 对被测样品具有大的探测灵敏面积。 0031 在测量室内网状圆柱形。

18、室和样品盒间安装隔膜， 防止网状圆柱形室被粉末环境样 品污染。 0032 参照图 1 介绍测量工作的准备步骤 ： a、 在开始测量前， 先把制备好的环境样品粉末放置在样品盒 （4） 中， 借助专门设备如压 样机把样品粉末铺设均匀， 平整 ； b、 将样品盒 （4） 在送样抽屉中心 （3） 位置， 以将送样抽屉 （3） 推入测量室 ； c、 打开供气系统 （14） 给测量室 （12） 供气， 工作气体从进气口 （5） 进入， 从出气口 （6） 排出 ； d、 待室中气体充满后， 开始对样品进行测量。 0033 图 2 为网状圆柱形正比计数管结构示意图。阳极丝、 圆柱形阴极外壳、 阳极丝支 柱、 。

19、陶瓷管组成。 阴极的柱面为不锈钢丝组成的网状结构， 网状结构允许工作气体扩散进栅 极内部， 粒子可透射过阴极柱面被阳极丝收集 ； 阳极丝为镀金钨丝或者不锈钢丝， 阳极 丝直径的取值范围为 10m50m ； 圆柱形阴极外壳通过导线和室外壳相连。 0034 圆筒形室测量粒子的脉冲幅度符合公式 （参见 William, J, Price. Nuclear Radiation Detection M. New York: McGraw-Hill lnc, 1964. 70-115） ： 其中v(t)为测量到的脉冲幅度， r1为阳极丝的直径， r2为圆筒形室的直径， r-为某一时 刻负离子到阳极丝的距离。

20、， 对入射粒子从开始电离到信号被阳极丝收集经过的距离为 r0， 在这个过程中产生的离子对为 N。 0035 最大脉冲幅度 Vmax和 r0/ r2 , r2/r1, 关系曲线如图 4。由图可见当 r2/r1非常大的 说 明 书 CN 104035120 A 5 4/4 页 6 时候， 圆筒形电离室的最大脉冲幅度对入射粒子初始电离位置变得非常不敏感了。 0036 图3为粉末环境样品粒子测量装置总系统组成框图。 测量装置由测量室、 铅室、 供气系统、 高压源、 前置放大器、 数据处理模块、 计算机。 0037 测量室置于铅室中， 供气系统通过软管与测量室相连。 0038 铅室的作用是屏蔽宇宙射线和。

21、周围环境的辐射。 0039 高压源与测量室内部相连， 在测量工作时为测量室提供一个高压偏置。 0040 前置放大器通过屏蔽线与测量室内部相连接。 测量室中的电荷信号被前置放大器 放大， 转换成模拟电压信号。 0041 前置放大器通过屏蔽线与数据处理模块相连， 从前置放大器出来的信号被送入数 据处理模块， 信号处理模块通过分析处理得到信号数据的计数率、 幅度值。 信号处理模块通 过 RS232 串口线将计数率、 幅度值的数据送入计算机。 说 明 书 CN 104035120 A 6 1/2 页 7 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 104035120 A 7 2/2 页 8 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 104035120 A 8 。